植物生长后，产生的物质的来源是哪里？是凭空产生的吗？

植物生长后产生的物质并非凭空产生，其来源遵循质量守恒定律和能量守恒定律，主要依赖于环境中的无机物质和外部能量输入。具体来源可分为以下几类：

1. 干物质的来源（主要来自空气和水）

• 二氧化碳（CO₂）：植物通过光合作用吸收空气中的二氧化碳，将其转化为有机物（如葡萄糖、纤维素等）。碳元素构成了植物干物质的主要部分（约占生物量的45-50%）。
• 水（H₂O）：根系吸收的水分不仅参与光合作用（提供氢原子和电子），还构成植物细胞的主要成分（约占鲜重的80-90%）。

例如：一棵大树的大部分质量来自空气中的CO₂，而非土壤。

2. 矿物质元素（来自土壤）

• 植物通过根系从土壤中吸收氮、磷、钾等无机离子，用于合成蛋白质、核酸、磷脂等关键有机物。
• 这些元素仅占植物干物质的小部分（约5%），但对生命活动至关重要。

3. 能量来源（阳光）

• 光合作用将太阳能转化为化学能（储存在有机物中），驱动植物生长所需的生化反应。
• 能量并非物质，但它是物质转化的动力（如将CO₂和H₂O合成葡萄糖）。

为什么看起来像“凭空产生”？

植物生长时，主要的物质来源（CO₂和H₂O）是无色无味的气体或液体，容易被忽视；而土壤的减少并不明显（矿物质占比小），因此容易误以为植物是“凭空”长出来的。实际上，植物的生长是环境中的物质重组与能量转化的结果。

总结

植物生长的物质来源可简化为：
空气（CO₂） + 水（H₂O） + 土壤矿物质 + 阳光能 → 有机物 + 氧气
这一过程完全符合科学定律，绝非凭空产生。

 

那人类食用有机物，从中获取能量。实质上也是在吃碳元素？能量来自哪里？又如何消失的？

人类通过食用有机物（如葡萄糖、脂肪、蛋白质）获取能量，本质上确实是利用碳元素的化学键中储存的能量，但能量的来源和去向涉及生物化学与热力学过程。以下是分步解释：

1. 能量本质上来自哪里？

• 源头是太阳能：
  植物通过光合作用将太阳能转化为有机物（如葡萄糖）中的化学能，储存在碳氢键（C-H）和碳氧键（C=O）中。
• 例如：葡萄糖（C₆H₁₂O₆）的C-H键和C-C键储存了光合作用固定的能量。
• 能量载体是电子：
  这些化学键中的电子处于高能状态（还原态），当被氧化时会释放能量（详见下文呼吸作用）。

2. 人类如何从碳元素中提取能量？

通过细胞呼吸作用（主要在线粒体中进行），有机物中的碳骨架被逐步氧化分解：

• 步骤1：糖酵解
  葡萄糖（C₆H₁₂O₆）分解为丙酮酸（C₃H₄O₃），释放少量能量（生成2 ATP）。
• 步骤2：三羧酸循环（TCA循环）
  丙酮酸进一步分解，碳以CO₂形式释放，电子传递给载体（NADH/FADH₂）。
• 步骤3：氧化磷酸化
  电子通过呼吸链传递，最终与氧气结合生成水（H₂O），同时驱动ATP合成（约28-34 ATP/葡萄糖）。

关键点：

• 碳的归宿：有机物中的碳最终被氧化为CO₂（通过呼吸排出）。
• 能量的释放：本质是电子从高能态（C-H键）向低能态（O₂）转移，释放的能量以ATP形式储存。

简化的呼吸作用公式：
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（ATP）C6​H12​O6​+6O2​→6CO2​+6H2​O+能量（ATP）

3. 能量如何“消失”？

能量不会真正消失，而是根据热力学定律转化或散失：

• 做功：用于肌肉收缩、神经传导、合成代谢等生命活动（约30-40%效率）。
• 产热：大部分能量以热能形式维持体温或散失到环境中（约60-70%）。
• 能量守恒：总能量始终不变，但逐渐从集中可用的化学能（ATP）转化为分散的热能（熵增）。

4. 碳与能量的关系总结

• 碳链是能量的载体：有机物（如葡萄糖）的碳骨架通过氧化还原反应释放电子，传递能量。
• 能量不来自碳本身：而是来自光合作用固定的太阳能，碳只是能量的“搬运工”。
• 碳循环闭环：人类呼出的CO₂可被植物重新固定，形成循环（但能量以热能形式散失，需持续太阳能输入）。

常见疑问

Q：脂肪和蛋白质的能量释放是否相同？

• 脂肪的碳氢键更多，单位质量释放能量是葡萄糖的2倍以上（约9 kcal/g vs 4 kcal/g）。
• 蛋白质需先脱氨基（氮以尿素排出），剩余碳骨架进入呼吸链。

Q：为什么说能量“散失”了？

• 根据热力学第二定律，能量转化伴随熵增，热能无法被生物体完全再利用（如维持体温的热量无法100%转回ATP）。

比喻理解

• 碳元素像“电池”：光合作用充电（储存太阳能），呼吸作用放电（释放能量）。
• 能量像“水流”：从高能级（食物）流向低能级（环境热能），驱动生命活动的“水车”。

总之，人类吃下的碳链是太阳能的间接载体，能量通过氧化碳链释放，并最终以热的形式回归宇宙。